CN111237124B - 一种集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统，包含：导电的防护片，安装在叶片前缘区域；接闪器基座，位于叶片前缘壳体内部，与所述防护片连接导通；叶尖接闪器，安装在叶片的叶尖区域；电缆引下线，位于叶片壳体的内部，其中，主避雷导线与叶尖接闪器连接导通；侧避雷导线将接闪器基座与主避雷导线连接导通。本发明的系统，可以通过防护片实现对叶片前缘防护的功能，同时通过防护片、叶尖接闪器和叶片壳体内的避雷导线提供雷电防护功能。
Description
技术领域
本发明涉及风电叶片的防护技术，特别涉及一种集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统。
背景技术
风电机组要求20年长寿命、高可靠运行。然而，风电叶片在自然环境条件下容易发生损伤，其中叶片前缘磨损和雷击损伤是最常见的两种损伤形式。
风电叶片在高速旋转条件下，叶片前缘在风沙雨雪环境中受雨滴、沙尘的冲击下，导致叶片前缘发生磨损，进而影响叶片结构安全性和发电效率。为解决风电叶片前缘损伤问题，行业内通常采用在叶片前缘区域涂覆高分子材质的前缘保护油漆或贴膜。但高分子前缘防护材料耐磨性相对较差，可靠性不高，容易发生损坏，需要定期维修。
风电叶片在雷电环境下，叶片被雷电击中后，如果电流能量不能被泄放导出，极易对叶片造成破坏性损伤。目前，行业内通常在叶片的叶尖区域和叶身区域布设金属材质的接闪器，叶片壳体内部布设金属电缆，通过接闪器和金属电缆组成叶片的避雷系统。雷电被接闪器接收后，通过电缆对地导通，进而将雷电的电流能量泄放导出。但由于叶片上的接闪器相对较少，雷电容易击中叶身无接闪器的区域导致叶片损伤。
发明内容
本发明的目的是提出一种集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统，满足对叶片前缘防护和雷击防护的双重需要。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统，其包含：
导电的防护片，安装在叶片前缘区域；
接闪器基座，位于叶片前缘壳体内部，与所述防护片连接导通；
叶尖接闪器，安装在叶片的叶尖区域；
电缆引下线，位于叶片壳体的内部；所述电缆引下线进一步包含：
主避雷导线，与所述叶尖接闪器连接导通；
侧避雷导线，将所述接闪器基座与所述主避雷导线连接导通。
可选地，所述系统包含一个防护片和一个接闪器基座，两者连接导通；
或者，所述系统包含多段防护片和多个接闪器基座，任意两段相邻的防护片之间连接导通，每个防护片和与之对应的一个接闪器基座连接导通；
或者，所述系统包含多段防护片和一个接闪器基座，任意两段相邻的防护片之间连接导通，其中任意一个防护片与所述接闪器基座连接导通。
可选地，所述系统包含多段防护片时，相邻两段防护片之间搭接，形成这两段防护片的重叠区域。
可选地，所述的相邻两段防护片之间，还通过导通线进行连接导通；所述导通线的两端对应连接在所述重叠区域的两边，使导通线跨过该重叠区域。
可选地，相邻两段防护片之间通过搭接形成的重叠区域还设有弹性绝缘层；所述弹性绝缘层填充了所述重叠区域处的间隙。
可选地，所述防护片的安装区域，对应于叶片的叶中至叶尖。
可选地，所述防护片由金属材质制成，所述金属材质是不锈钢、或铬锆铜合金、或铁镍合金；所述叶尖接闪器的材质为铜材、或铝材、或不锈钢。
可选地，所述防护片通过粘接或铆接的方式固定在叶片前缘区域的外侧；所述防护片通过螺栓与所述接闪器基座进行连接导通。
可选地，所述系统进一步包含沉头螺栓，其穿过位于叶片壳体外侧的防护片、叶片壳体，连接到固定在叶片壳体内表面的接闪器基座。
可选地，所述防护片包含中间部位和边缘部位，所述中间部位对应于叶片前缘区域；所述边缘部位在所述中间部位的两侧，对应于叶片前缘区域的两侧；其中，所述中间部位具有第一厚度，所述边缘部位具有第二厚度，且第一厚度大于第二厚度，所述中间部位和边缘部位平滑过渡。
与现有技术相比，本发明所述的集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统，其优点在于：
本发明的系统包含安装在叶片前缘区域外侧的导电防护片、位于叶片前缘壳体内部的接闪器基座、安装在叶尖区域的叶尖接闪器、位于壳体内部的电缆引下线四大部分。示例的防护片以金属等耐磨、导电的材质制成，可以有效抵抗风沙雨雪的冲击，保护叶片前缘不被损坏；同时作为叶身雷电接收器，与叶尖接闪器共同对雷电引流，并通过叶片壳体内部的电缆引下线泄放雷电流。本发明的系统可以有效克服行业内现有技术的弱点，同步实现叶片前缘防护和雷电防护的功能。
附图说明
图1是集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统的第一实施例的示意图；
图2是集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统的第二实施例的示意图；
图3是集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统的第三实施例的示意图；
图4是表示防护片与接闪器基座之间连接情况的局部示意图，对应于叶片在该连接处的纵向截面视图；
图5是相邻防护片之间搭接的示意图；
图6是相邻防护片之间搭接并设置导通线的示意图；
图7是相邻防护片之间搭接并设置弹性绝缘层的示意图。
具体实施方式
如图1～图3所示，本发明提供了一种集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统。该系统包含：安装在叶片前缘区域51的防护片10、位于叶片前缘壳体内部的接闪器基座20、安装在叶尖区域的叶尖接闪器30、位于壳体内部的电缆引下线。
其中，所述防护片10由耐磨、导电的材质制成，例如是不锈钢、铬锆铜合金、铁镍合金等金属材质。防护片10可以通过粘接或铆接的方式固定在叶片前缘区域51的外侧。考虑到实际的前缘防护和雷电防护性能，在一些示例中，可以将防护片10安装在叶中至叶尖的合适区域，而在叶根区域无需安装。
防护片10可以通过螺栓连接方式，与安装在叶片前缘壳体内部的接闪器基座20进行连接导通。如图4所示，所述接闪器基座20固定在叶片壳体52的内表面，使沉头螺栓80穿过位于叶片壳体52外的防护片10、叶片壳体52连接到接闪器基座20实现固定连接及导通。
位于壳体内部的所述电缆引下线，包含主避雷导线41、侧避雷导线42。所述接闪器基座20通过侧避雷导线42与主避雷导线41连接导通。所述主避雷导线41安装固定在叶片前缘腹板61的外侧，并与轮毂内的避雷系统连接导通；示例的主避雷导线41为高绝缘电缆；符号62示出的是叶片50处的另一腹板62。
所述叶尖接闪器30安装在叶片50的叶尖区域，该叶尖接闪器30与主避雷导线41连接导通。叶尖接闪器30的材质为铜材、铝材或不锈钢等。叶片50为玻璃钢材质。
叶片前缘区域51的防护片10的厚度，根据对前缘磨损的防护要求和雷击的防护要求进行设计，一般为0.3mm至5mm，但不限于此。优选地，防护片10与叶片50外表面随形。
防护片10可以通过铸造、锻压等方式分区段制造，确保防护片10与叶片前缘外表面的随形性。防护片10各处的厚度可以是不同的，从而增加前缘重点防护区域的防护片10厚度，并帮助实现防护片10与叶片壳体外表面的过渡随形。在图4的示例中，对应于叶片前缘区域51的防护片10的中间部位11具有第一厚度，中间部位两侧的防护片10的边缘部位12具有第二厚度，第一厚度大于第二厚度。中间部位11和边缘部位12平滑过渡，确保前缘的气动平滑性。如图1所示，在满足随形性的情况下，防护片10可以为一整张金属薄片，通过粘接或铆接的方式与叶片前缘进行连接。本例设置一个接闪器基座20，其固定在叶片壳体的内表面，通过螺栓连接方式将该接闪器基座20与防护片10连接导通。
如图2所示，考虑到防护片10的硬度较大，为提升防护片10与叶片前缘外表面的随形性，可以将防护片10分为多段。配合参见图2、图5所示，相邻两段防护片10之间为搭接，有一部分重叠区域13，确保叶片前缘被这些防护片10覆盖，且在叶片50变形过程中不会出现叶片前缘复合材料的外露。为实现搭接，在相邻防护片10的端部配合设置有伸出段：示例地，使其中一段防护片10的伸出段位于上部，形成朝下的台阶；另一段防护片10上与之相邻的伸出段位于下部，形成朝上的台阶；则，上部和下部的伸出段叠放，朝上和朝下的台阶面相贴合，形成所述两段防护片10的重叠区域13。各伸出段的厚度小于所在防护片10的本体的厚度；重叠区域13处上部和下部伸出段的厚度总和，与每段防护片10本体的厚度基本一致。
本例设置多个接闪器基座20，各自连接相应的侧避雷导线42，进而通过这些侧避雷导线42与主避雷导线41连接导通。每段防护片10对应连接一个接闪器基座20；接闪器基座20各自固定在叶片壳体的内表面，通过螺栓连接方式将相应的接闪器基座20与防护片10进行连接导通。
如图3和6所示，为了改进防护片10的连接导通性能，防护片10分为多段时，相邻两段防护片10之间安装有导通线70，进而使多段防护片10连接导通为一个导体。示例地，如图6所示，相邻两段防护片10之间通过在端部配合设置上部和下部的伸出段进行搭接形成一部分重叠区域13，导通线70跨过重叠区域13而连接在重叠区域13的两边。这可以防止在高电流条件下，防护片10搭接的重叠区域13被放电击穿。本例设置一个接闪器基座20，其固定在叶片壳体的内表面，通过螺栓连接方式与其中一段防护片10进行连接导通。
如图7所示，为了改进防护片10的连接导通性能，防护片10分为多段时(如图2、图3的示例)，在防护片10搭接的重叠区域13还可以安装有弹性绝缘层90。在高电流条件下，该弹性绝缘层90可以防止防护片10搭接的重叠区域13被放电击穿。弹性绝缘层90较好地填充了重叠区域13存在的间隙，能够防止雨水、灰尘从间隙进入防护片10和叶片50之间。示例中，相邻防护片10在端部配合设置上部和下部的伸出段，使朝上和朝下的台阶面相对，则，这两段台阶面之间填充有弹性绝缘层90；并且，一段防护片10的伸出段末端到相邻防护片10的台阶侧壁之间的空隙处，也可以填充弹性绝缘层90。各伸出段的厚度小于所在防护片10的本体的厚度；重叠区域13处，上部的伸出段、下部的伸出段以及两者之间的弹性绝缘层90，这三者的厚度总和与每段防护片10本体的厚度基本一致。
综上所述，本发明的系统，可以通过防护片实现对叶片前缘防护的功能，同时通过防护片、叶尖接闪器和叶片壳体内的避雷导线提供雷电防护功能。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统，其特征在于，包含：
导电的防护片，安装在叶片前缘区域；
接闪器基座，位于叶片前缘壳体内部，与所述防护片连接导通；
螺栓，穿过所述防护片、所述叶片前缘壳体并伸入所述接闪器基座；
叶尖接闪器，安装在叶片的叶尖区域；
电缆引下线，位于叶片壳体的内部；所述电缆引下线进一步包含：
主避雷导线，与所述叶尖接闪器连接导通；
侧避雷导线，将所述接闪器基座与所述主避雷导线连接导通；
其中，所述系统包含多段防护片，相邻两段防护片之间搭接，形成这两段防护片的重叠区域；所述的相邻两段防护片之间，还通过导通线进行连接导通；所述导通线的两端对应连接在所述重叠区域的两边，使导通线跨过该重叠区域。
2.如权利要求1所述的集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统，其特征在于，
所述系统包含多段防护片和多个接闪器基座，任意两段相邻的防护片之间连接导通，每个防护片和与之对应的一个接闪器基座连接导通；
或者，所述系统包含多段防护片和一个接闪器基座，任意两段相邻的防护片之间连接导通，其中任意一个防护片与所述接闪器基座连接导通。
3.如权利要求1所述的集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统，其特征在于，相邻两段防护片之间通过搭接形成的重叠区域还设有弹性绝缘层；所述弹性绝缘层填充了所述重叠区域处的间隙。
4.如权利要求1所述的集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统，其特征在于，所述防护片的安装区域，对应于叶片的叶中至叶尖。
5.如权利要求1所述的集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统，其特征在于，所述防护片由金属材质制成，所述金属材质是不锈钢、或铬锆铜合金、或铁镍合金；所述叶尖接闪器的材质为铜材、或铝材、或不锈钢。
6.如权利要求1或2所述的集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统，其特征在于，所述防护片通过粘接或铆接的方式固定在叶片前缘区域的外侧；所述防护片通过螺栓与所述接闪器基座进行连接导通。
7.如权利要求1或2所述的集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统，其特征在于，进一步包含沉头螺栓，其穿过位于叶片壳体外侧的防护片、叶片壳体，连接到固定在叶片壳体内表面的接闪器基座。
8.如权利要求1所述的集合风电叶片前缘防护和雷击防护的系统，其特征在于，所述防护片包含中间部位和边缘部位，所述中间部位对应于叶片前缘区域；所述边缘部位在所述中间部位的两侧，对应于叶片前缘区域的两侧；其中，所述中间部位具有第一厚度，所述边缘部位具有第二厚度，且第一厚度大于第二厚度，所述中间部位和边缘部位平滑过渡。
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